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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Überwachen von Kompressorventilen, die in einem abgeschlossenen Gehäuse, z. B. in einem Zylinderkopf, von aussen unzugänglich angeordnet sind, wobei zum Aufnehmen des Betriebsgeräusches der Ventile wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, der den Körperschall misst.
Die regelmässige Überwachung der Ventile von Kompressoren ist vor allem bei industriellen Prozessverdichtern wichtig, damit allfällige Beschädigungen und Brüche der hochbeanspruchten Ventilplatten möglichst rasch erkannt werden, um daraus resultierende Folgeschäden'vermeiden zu können. Ventilbrüche können nicht nur durch in den Zylinder gelangende Bruchstücke ernste Beschädigungen des Kompressors verursachen, sondern sie führen auch oft zu längeren Be- triebsunterbrechungen, die durch den sich dabei ergebenden Produktionsausfall teuer sind.
Wenn dagegen die Kompressoranlage mit beschädigten Ventilen weiterläuft, wird neben der Gefahr von Folgeschäden der Verbrauch an Antriebsenergie
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wesentlich vergrössert, was nicht zuletzt aus Gründen der Energieersparnis auch im Hinblick auf den Umweltschutz unerwünscht ist.
In herkömmlicher Weise werden die Kompressoren und Kompressoranlagen in Industriebetrieben durch das Bedienungspersonal laufend überwacht, das allerdings auftretende Beschädigungen der Ventile nicht immer rechtzeitig erkennen kann. Die automatische Überwachung durch laufende Messung der Temperaturen in Verdichtern ist ungenau und nicht verlässlich, so dass sich auch diese Methode nicht durchgesetzt hat. Da Brüche von Plattenteilen der Ventile zu einer Änderung des Betriebsgeräusches führen, wurde eine automatische Überwa- chung auch schon durch die Messung des Betriebsgeräusches des Verdichters mittels auf den Körperschall ansprechender Sensoren versucht.
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In einer bekannten Einrichtung, die das Betriebsge- räusch überwacht, sind auf Körperschall ansprechende Sensoren, z. B.
Beschleunigungsaufnehmer, Schall-oder Ultraschallmikrophone, Bewegungsaufnehmer u. dgl., auf das Ventilgehäuse aufgesetzt, die Schalländerungen anzeigen und damit
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auf Ventilplattenbrüche aufmerksam machen sollen. Es hat aber auch diese Überwachung der Betriebsgeräusche nicht zum Erfolg geführt. Aufgrund der nicht zu vermeidenden Überlagerung der Betriebsgeräusche aller Ventile des Verdichters, sowohl der Saugventile als auch der Druckventile, kann im Fehlerfall nicht eindeutig festgestellt werden, welches Ventil
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beschädigt ist. Um diesen Mangel auszuschalten, wurde ver- sucht, die Sensoren im Ventilgehäuse selbst unmittelbar auf den Ventilen anzuordnen. Dadurch können zwar die Betriebsge- räusche direkt aufgenommen und den einzelnen Ventilen zuge- ordnet werden.
Aufgrund der ungünstigen Umfeldbedingungen im
Inneren des Ventilgehäuses hat sich aber auch diese Anordnung als praktisch nicht durchführbar erwiesen. Einerseits herr- schen in den Kammern der Ventilgehäuse verhältnismässig hohe
Temperaturen und oft werden auch aggressive Gase gefördert.
Die Sensoren und insbesondere die notwendigen Signalleitungen derselben, die gasdicht aus dem Ventilgehäuse herausgeführt werden müssen, sind den dadurch bedingten mechanischen, thermischen und chemischen Beanspruchungen nicht gewachsen.
Erhebliche Beanspruchungen der Signalleitungen werden auch durch die auftretenden Vibrationen verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher bekannten Einrichtungen, die die Kompressorventile durch
Aufnehmen der Betriebsgeräusche überwachen, so zu verbessern, dass die Betriebsgeräusche der einzelnen Ventile sicher entkoppelt werden können, ohne dass die Sensoren und ihre
Signalleitungen im Inneren des Ventilgehäuses angeordnet und ;,. - dort den herrschenden nachteiligen Beanspruchungen ausgesetzt sein müssen. t
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die zu überwachenden Ventile mit einem aus festem Werkstoff bestehenden Leitkörper für den Körperschall
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formschlüssig verbunden sind, der durch das Ventilgehäuse elastisch abgedichtet herausgeführt ist und mit dem der
Sensor in starrer Verbindung steht.
Durch diese einfache, ohne grösseren technischen Aufwand durchführbare Massnahme kann der Körperschall der einzelnen Ventile getrennt voneinander aufgenommen werden, ohne dass es dazu erforderlich ist, die
Sensoren im Inneren der Ventilgehäuse anzuordnen und An- schlusskabel als Signalleitungen herauszuführen. Die Sensoren sind von aussen leicht zugänglich, können einfach montiert und gewartet sowie auch wahlweise ausgetauscht werden, so dass es nicht unbedingt erforderlich ist, alle Leitkörper dauernd mit
Sensoren bestückt zu halten. Es genügt in vielen Fällen, die
Sensoren in bestimmten Zeitabständen aufzusetzen und die Ventile zu überprüfen. Dadurch sind für die Überwachung entsprechend weniger Sensoren erforderlich.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Übertragungsverhalten des erfindungsgemäss vorgesehenen Leitkörpers leicht berechenbar und vom jeweiligen Ventilgehäuse unabhängig ist.
Dadurch werden stets verlässliche Messergebnisse erhalten. Wenn
Ultraschallsensoren eingesetzt werden, können aufgrund der
Genauigkeit der Überwachung auch Risse in den Plattenteilen der Ventile festgestellt werden. Die Auswertung des durch die
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Sensoren aufgenommen Körperschalls erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Einrichtung an sich bekannter Bauart, die den jeweiligen Anforderungen angepasst ist.
Der erfindungsgemäss vorgesehene Leitkörper kann am Ventil, insbesondere am Ventilsitz, am Fänger oder an einer
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diese verbindenden Schraube, befestigt, z. B. angeschraubt, angeklebt oder angeschweisst sein, oder aber aus einem Fortsatz bestehen, der mit einem dieser Ventilteile einstückig hergestellt ist. Oft reicht es aber auch aus, wenn der Leitkörper lediglich fest auf das Ventil aufgepresst ist. Damit wird eine individuelle Aufnahme des Körperschalls des betreffenden Ventils ohne schädliche Beeinflussung durch die Geräusche der anderen Ventile sichergestellt.
Eine einfache Ausführung der Erfindung besteht darin, dass der Leitkörper stabförmig ausgebildet ist, das Ventilgehäuse, z. B. einen Deckel, geradlinig durchsetzt und gegen das Gehäuse oder den Deckel durch einen Dichtring abgedichtet ist. Der Körperschall wird durch den starren Leitkörper aus dem Ventilgehäuse weitgehend störungsfrei herausgeführt. Der Sensor, z. B. ein Beschleunigungsaufnehmer, ein Schall- oder Ultraschallmikrophon oder ein Bewegungsaufnebmer, kann auf das aussenliegende Ende des Leitkörpers aufgesetzt, z. B. aufgeschraubt oder aufgeklebt werden.
Bei einer Variante der erfindungsgemässen Einrichtung durchsetzt der Leitkörper eine Membrane und ist an dieser gasdicht, z. B. mittels Schraubenmuttern, befestigt, wobei die Membrane eine Öffnung des Ventilgehäuses oder des Deckels überspannt und mit ihrem Rand dort gasdicht eingespannt ist.
Die Membrane ermöglicht eine störungsfreie Übertragung des vom Ventil erzeugten Körperschalls und sorgt zugleich für eine einwandfreie Abdichtung des Ventilgehäuses nach aussen.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung durchsetzt der Leitkörper einen Faltenbalg, der an einem Ende mit dem Leitkörper gasdicht verschraubt, verklebt oder verschweisst und an seinem anderen Ende zu einem Flansch erweitert ist, der am Ventilgehäuse oder an dessen Deckel gasdicht befestigt ist. Auch der Faltenbalg dichtet die
Durchführung des Leitkörpers durch das Ventilgehäuse nach aussen einwandfrei ab, ohne die Übertragung des Körperschalls zu beeinträchtigen. Gegenüber der durch eine Membrane abge- dichteten Durchführung vergrössert der Faltenbalg die Bewe- gungsfreiheit des Leitkörpers. noch weiter und schaltet störenden Körperschall, der durch das Ventilgehäuse übertra- gen wird, praktisch zur Gänze aus.
Eine weitere Variante der Erfindung besteht darin, dass der Leitkörper ein Zwischenstück gasdicht durchsetzt, das seinerseits unter Zwischenschaltung einer Dichtung am Ven- tilgehäuse oder an dessen Deckel befestigt, z. B. mittels eines Flanschringes um eine vom Leitkörper durchsetzte Öffnung des Ventilgehäuses oder dessen Deckels herum ange- schraubt ist. Diese Ausbildung gibt die Möglichkeit, ohne Änderungen des Ventilgehäuses oder des Gehäusedeckels selbst < :, --
Leitkörper unterschiedlichen Durchmessers einbauen zu können.
Auch wird die Montage des Leitkörpers und die gegenseitige
Zentrierung der Bauteile durch diese Ausführung erleichtert.
Die Genauigkeit der Schallaufnahme kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch verbessert werden, dass
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der Leitkörper eine nach aussen offene, gegen den Innenraum des Ventilgehäuses abgeschlossene Ausnehmung aufweist, in die der Sensor eingesetzt ist. Der Übertragungsweg des Körper- schalls im Leitkörper wird durch diese Ausbildung wesentlich verkleinert. Ausserdem ist der Sensor in der Ausnehmung des
Leitkörpers geschützt angeordnet und trotzdem von aussen zugänglich, so dass für die Signalleitung keine Gehäusedurch- führung erforderlich ist. Um die grösstmögliche Wirkung zu erreichen, kann sich dabei die Ausnehmung bis in die Nähe des
Ventils erstrecken und der Sensor am unteren Ende der
Ausnehmung angeordnet sein.
Wenn im Betrieb höhere Temperaturen auftreten, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der
Leitkörper, zumindest im Bereich, in dem der Sensor ange- ordnet ist, mit einer Kühleinrichtung, z. B. mit Kanälen für ein Kühlmittel, ausgestattet ist. Der Leitkörper kann auf diese Weise durch Hindurchführen eines geeigneten flüssigen oder auch gasförmigen Kühlmittels stets auf einer Temperatur gehalten werden, die vom Sensor ohne Beschädigung vertragen wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den, Zeichnungen dargestellt sind. Die Fig. l bis 3 zeigen jeweils einen axialen Mittelschnitt durch drei Ausführung- varianten eines Ventilgehäuses eines Kompressors mit einer
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sind zwei weitere Varianten der Überwachungseinrichtung, gleichfalls im axialen Mittelschnitt dargestellt.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 ist das Ventilgehäuse mit 1 bezeichnet. Es ist unvollständig dargestellt und von einem Gaskanal 2 durchsetzt. Im unteren
Teil ist ein Ventilnest 3 vorgesehen, in das ein Ventil 4 eingesetzt ist. Der obere Teil des Ventilgehäuses 1 ist mit einer Öffnung versehen, die durch einen Deckel 5 abgeschlos- sen ist. Durch Schrauben 6, die in den Deckel 5 eingeschraubt sind, ist das Ventil 4 über eine Laterne 7 auf einem Absatz 8 des Ventilnestes 3 festgespannt. Der Deckel 5 ist mit Hilfe von Schraubenbolzen 9 am Ventilgehäuse 1 befestigt. Die
Abdichtung erfolgt mit Hilfe jeweils eines Dichtringes 10.
Das Ventil 4 ist in Seitenansicht dargestellt. Es besteht aus einem-Ventilsitz 11, der an seinem Rand durch die
Laterne 7 auf dem Absatz 8 festgespannt ist, aus einem Fänger
12 und aus Plattenteilen 13. Mit einer Mittelschraube 14 sind die einzelnen Ventilteile zusammengehalten.. In den Ausfüh- rungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 handelt es sich beim
Ventil 4 um ein Druckventil, das in der beschriebenen Weise in den Verdichter eingebaut ist. In Fig. 3 ist ein Saugventil dargestellt. Mit der erfindungsgemässen Überwachungsein-
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Bedeutung ist, auf welche Weise das Ventil in den Verdichter eingebaut und in diesem befestigt ist.
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Für die Überwachung des Ventiles 4 ist in allen
Ausführungsbeispielen eine Überwachungseinrichtung vorgese- hen, die einen Leitkörper 15 aufweist. Dieser dient zum Übertragen des vom Ventil erzeugten Körperschalls und besteht aus festem Werkstoff. Er ist durch den Deckel 5 des Ventil- gehäuses 1 elastisch abgedichtet herausgeführt und steht mit einem Sensor 16 in starrer Verbindung. Von diesem führt eine
Signalleitung 17 zu einem zweckmässig elektronischen Auswer- tegerät, das in den Zeichnungen nicht dargestellt und auch nicht näher beschrieben ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Leitkörper
15 stabförmig ausgebildet. Sein unteres Ende ist mit Hilfe eines Gewindes 18 in das obere Ende der Mittelschraube 14 eingeschraubt, so dass eine starre Verbindung ohne elastisches
Zwischenglied entsteht. Der Leitkörper 15 ist durch den
Deckel 5 geradlinig herausgeführt und mit Hilfe eines 0-
Ringes 19 abgedichtet, wobei axiale Vibrationsbewegungen aufgrund der Elastizität des O-Ringes ohne Beeinträchtigung durch den Deckel 5 und das Ventilgehäuse l an'den Sensor 16 übertragen werden, der auf das aussenliegende Ende des Leit- körpers 15 aufgesetzt, z. B. aufgeklebt oder aufgeschraubt - ist.
Der Leitkörper 15 nimmt den vom Ventil 4 während des
Betriebes erzeugten Körperschall unmittelbar auf und über-
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Signalleitung 17 an ein Auswertegerät weitergeleitet wird.
Wenn während des Betriebes Plattenteile 13 des Ventils 4 brechen oder beschädigt werden, z. B. durch Sprunge, ändert sich das Betriebsgeräusch des Ventils 4. Diese Änderungen werden durch die beschriebene Anordnung unter Ausschaltung von über das Ventilgehäuse 1 übertragenen Storungsgeräuschen unmittelbar an das Auswertegerät weitergegeben, so dass auftretende Fehler nicht nur deutlich erkannt, sondern auch eindeutig dem betreffenden Ventil zugeordnet werden können.
Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der
Anordnung nach Fig. 1 lediglich dadurch, dass die Durchführung für den Leitkörper 15 durch den Deckel 5 des Ventilgehäuses 1 aus einer verhältnismässig grossen Öffnung 20 im Deckel 5 besteht, die durch eine Membrane 21 abgeschlossen ist. Die
Membrane 21 ist durch einen Ring 22 mit Hilfe von Schrauben
23 mit ihrem Aussenrand am Deckel 5 festgespannt. Der auch hier stabförmig ausgebildete Leitkörper 15 durchsetzt die
Membrane 21 und spannt diese mit Hilfe von zwei Schrauben- muttern 24-und 25 gasdicht ein.
Diese Anordnung hat den
Vorzug, dass Leitkörper 15 mit verschiedenen Durchmessern montiert werden können, ohne dass der Deckel 5 geändert werden
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das in das Ventilnest 3 eingesetzte Ventil ein Saugventil, dessen Ventilsitz 11 durch die Laterne 7 auf den Absatz 8 des
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Ventilgehäuses 1 gedrückt wird. Der Leitkörper 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an einer exzentrisch von der
Mittelschraube 14 liegenden Stelle mit Hilfe des Gewindes 18 unmittelbar in den Ventilsitz 11 eingeschraubt. Anschliessend ist der Leitkörper 15 geradlinig durch eine Öffnung 20 des
Deckels 5 nach aussen geführt. Am aussenliegenden Ende ist der
Sensor 16 mit der Signalleitung 17 auf den Leitkörper 15 aufgesetzt.
Die Abdichtung im Deckel 5 erfolgt bei diesem
Ausführungsbeispiel durch einen Faltenbalg 26, der an einem
Ende am Leitkörper 15 befestigt ist und am anderen Ende zu einem Flansch 27 erweitert ist, der durch Schrauben 28 unter
Zwischenschaltung einer Dichtung 29 auf dem Deckel 5 festge- schraubt ist. Die Übertragung des Körperschalls des Ventils 4 erfolgt hier unmittelbar vom Ventilsitz 11 aus ohne Zwischenschaltung der Mittelschraube 14 auf den Leitkörper 15 und von diesem auf den Sensor 16.
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In Fig. 4 ist eine Variante der Erfindung gezeigt, bei der der Leitkörper 15 mit einer Kühleinrichtung versehen ist. Im Leitkörper 15 sind Kanäle 30 vorgesehen, - durch die ein Kühlmittel, z. B. in Richtung der eingezeichneten Pfeile, hindurchgefördert werden kann.
Dadurch wird verhindert, dass
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der Sensor 16 oder ein gegebenenfalls zu seiner Befestigung verwendeter Kleber durch allenfalls im Ventilbereich herrschende höhere Temperaturen beeinträchtigt wird. Die Übertragung des Körperschalls durch den geradlinig verlaufenden Leitkörper 15 bleibt jedoch ungestört erhalten. Der Leitkörper 15 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel auf die nur
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teilweise dargestellte Mittelschraube 14 aufgeschraubt und mit Hilfe eines O-Ringes 19 nach aussen abgedichtet. Der O-Ring 19 ist jedoch in einem Zwischenstück 31 angeordnet, das unter Zwischenlage einer Dichtung 32 durch einen Flanschring 33 mit Hilfe von Schrauben 34 am Deckel 5 des Ventilgehäuses befestigt ist.
Fig. 5 zeigt schliesslich eine Ausführungsform, bei der der den Deckel 5 des Ventilgehäuses durchsetzende Leitkörper 15 mit einer Ausnehmung 35 versehen ist, in der der Sensor 16 angeordnet ist. Die Ausnehmung 35 ist nach aussen offen ausgebildet und reicht bis in die Nähe des unteren Endes des Leitkörpers 15, wo dieser auf die Mittelschraube 14 aufgeschraubt ist. Der Sensor 16 ist auf dem Boden der Ausnehmung 35 befestigt und die Signalleitung 17 ist durch das aussen offene Ende der Ausnehmung 35 herausgeführt. Die Abdichtung im Deckel 5 erfolgt auch hier durch einen O-Ring 19. Bei dieser Ausführung ist der Sensor 16 geschützt im Inneren der Ausnehmung 35 und ausserdem in unmittelbarer Nähe des zu überwachenden Ventils angeordnet.
Die Übertragungswege für den Körperschall sind daher klein, so dass-der Sensor 16 entsprechend empfindlich reagiert und Störeinflüsse praktisch zur Gänze ausgeschaltet werden. Auch bei dieser Ausführung kann eine Kühlung für den Leitkörper notwendig sein, um eine zu grosse thermische Beanspruchung des versenkt angeordneten Sensors 16 zu vermeiden.